[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池复合正极材料，包括三元材料，在所述三元材料的表面包覆有铁的磷酸盐过渡层，在所述铁的磷酸盐过渡层表面包覆有磷酸铁锂包覆层，在所述铁的磷酸盐过渡层和磷酸铁锂包覆层表面包覆有碳包覆层；所述三元材料的化学式为LiNi_xCo_yM_1‑x‑yO₂，其中M为Mn、Al、Mg中的一种，0.6≤x≤1.0，0≤y＜0.4，x+y≤1。本发明还提供一种锂离子电池复合正极材料的制备方法。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，锂离子电池的应用越来越广泛。同时随着电动汽车对续航里程的要求越来越高，对锂离子电池正极材料的能量密度的要求也越来越高。其中高镍三元材料因为具有比容量高、价格低廉的特点受到广泛的关注。但是随着镍元素含量的提高，材料的热稳定性不断降低，电池的安全问题也更加突出。

目前，有研究者通过使用磷酸锰铁锂或磷酸铁锂和三元材料进行混合使用来改善三元锂离子电池的安全性。例如公开号为CN104300123A的中国发明专利申请公开了在调浆阶段将磷酸铁锂和三元材料混合得到浆料，然后经过涂布、干燥得到正极片。但是该专利只是在调浆阶段将磷酸铁锂和三元材料进行物理搅拌混合，两者之间没有强有力的结合，既不能保证物料的均匀性，也不能保证包覆的完整有效性，因此对安全性的改善有限。

公开号为CN107546379A的中国发明专利申请公开了通过机械融合方法将磷酸锰铁锂固定在三元材料颗粒表面，虽然在一定程度上增强了三元材料和磷酸锰铁锂之间的结合力，改善了在调浆阶段混合三元材料和磷酸锰铁锂时由于两者密度不同容易偏析的问题。但是，该专利中磷酸锰铁锂与三元材料仍是通过物理作用力相结合，而且两者之间通过表面点接触相连接。并且三元材料和磷酸锰铁锂之间由于粘结剂的加入从而限制其整体的电子传输，不能形成有效的包覆层。

公开号为CN105355880A的中国发明专利申请公开了通过在三元材料表面原位合成磷酸铁锂的方法，这种方法包覆的磷酸铁锂层较均匀，但是，在合成磷酸铁锂的过程中需要较高温度，在高温下三元材料容易与磷酸铁锂发生反应，从而影响材料整体性能的发挥。

Bonani Seteni等人(Seteni B,Rapulenyane N,Ngila J C,et al.Coatingeffect of LiFePO₄and Al₂O₃on Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂cathode surface for lithiumion batteries[J].Journal of Power Sources,2017,353:210-220.)通过在乙醇中将富锂三元材料和纳米磷酸铁锂混合干燥后烧结处理，来提高富锂三元材料的循环、倍率等电化学性能，其存在富锂三元材料和磷酸铁锂在高温下发生反应的风险。

W.-S.Kim等人(Kim W S,Kim S B,Jang I C,et al.Remarkable improvement incell safety for Li[Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3]O₂coated with LiFePO₄[J].Journal of Alloys andCompounds,2010,492(1-2):L87-L90.)通过一种干法包覆机器以及后续的高温热处理将磷酸铁锂包覆在三元材料表面，其同样存在三元材料和磷酸铁锂在高温下发生反应的风险。

以上专利以及文献提供的方法均无法提供一种有效的包覆手段以改善循环以及安全问题。

发明内容